КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
“ПРОМЫШЛЕННАЯ САНИТАРИЯ”
“Электромагнитное, лазерное и ионизирующее излучения”.
ВВЕДЕНИЕ
Широкое применение в науке и технике электромагнитных полей различного диапазона длин волн, в том числе ионизирующего и лазерного излучений, связано с воздействием на организм человека целого ряда опасных и вредных факторов. Поэтому, для безопасной работы на технологических установках, устройствах и системах, использующих данные виды излучения, необходимо применение комплекса защитных мер. В настоящем конспекте лекций, посвященном электромагнитному, ионизирующему и лазерному излучениям, рассматриваются вопросы их вредного воздействия на человека, измерения их параметров и использования защитных средств.
Электромагнитные излучения (ЭМИ) представляют собой электромагнитные волны, описываемые в простейшем случае соотношением
, где A – амплитуда колебаний,
— круговая частота колебаний (f – частота, измеряемая в герцах (Гц)),
— начальный фазовый сдвиг. Длина волны
определяется в воздухе соотношением
, где
м – скорость света. По частоте ЭМИ делятся на ряд диапазонов, приведенных в таблице 1 (также приведены названия диапазонов и источники, области применения этих ЭМИ) .
ЭМИ частот от 3 Гц до 300 ГГц относят к радиочастотному диапазону, а ЭМИ частот свыше 300 МГц носят общее название – СВЧ излучения. В качестве основных характеристик ЭМИ используют также: напряженность электрического поля E, измеряемая в вольтах на метр (В/м), напряженность магнитного поля – H (А/м – ампер на метр), или магнитную индукцию B, измеряемую в теслах (1 мкТл=0,8 А/м). Напряженности электрического и магнитного полей изменяются в пространстве по различным законам в зависимости от расстояния до источника излучения. С этой точки зрения различают ближнюю зону излучения (зона индукции) и дальнюю (волновую) зону. Зона индукции в зависимости от расстояния R определяется соотношением
, а волновая зона –
. Если размеры источника излучения (антенны) сравнимы с длиной волны, то граница волновой зоны рассчитывается по формуле
, где
— максимальный размер антенны. В волновой зоне в качестве основной характеристики используют плотность потока энергии (ППЭ), измеряемую в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) и определяемую соотношением
, где
— коэффициент направленного действия антенны.
Жизнь живых существ на Земле проходит под непрерывным воздействием электромагнитных полей различного частотного диапазона. Это могут быть поля естественного происхождения: электрическое и магнитное поля Земли, электрические поля, образуемые в ее атмосфере, радиоизлучение Солнца и галактик. Магнитные поля (МП) в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. Средняя напряженность МП на поверхности Земли составляет около 40 А/м (индукция МП — 5·10–5 Тл). На поверхности Земли вертикальная составляющая индукции МП достигает максимума на магнитных полюсах, составляя примерно
Тл (напряженность 49 А/м) в районе северного магнитного полюса;
Тл (напряженность 57,2 А/м) в районе южного магнитного полюса и равна нулю на магнитном экваторе. Горизонтальная составляющая достигает максимума на магнитном экваторе, составляя около
Тл(напряженность 32,6 А/м), и равна нулю на магнитном полюсе. Многолетние измерения напряженностей МП Земли показали, что все они не остаются постоянными ни в пространстве, ни во времени. Эти изменения напряженности МП Земли называются вариациями. Медленные изменения МП, происходящие в промежутке времени от 100 лет и более, называются вековыми вариациями. Спектр наблюдаемых вариаций МП Земли показывает, что основная часть вариаций имеет период порядка
лет. Амплитуда вековых вариаций в среднем составляет 5,0·10―8Тл. Южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты 78° северной широты, 70° западной долготы. Координаты северного магнитного полюса — 75
южной широты, 120
восточной долготы (в Антарктиде. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях МП Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) МП Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны. Происхождение МП Землисвязывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре. Собственное МП Земли (геомагнитное поле) можно разделить на следующие основные части:
2. Мировые аномалии ― отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до 10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская.
4. Переменное МП Земли (называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки намагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.
Магнитосфера ― область околоземного космического пространства, контролируемая МП Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и МП Земли..
Магнитная буря. Локальные характеристики МП изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.
Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.
27-дневные вариации. 27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течение нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.
Радиационные пояса и космические лучи. Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю. В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным МП Земли. МП Земли оказывает сильное влияние на электрически заряженные частицы, движущиеся в околоземном космическом пространстве. Есть два основных источника возникновения этих частиц: космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световыми скоростями, главным образом, из других частей Галактики. И корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (105–106 эВ), выброшенных Солнцем. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. В околоземном пространстве МП Земли образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий и образует радиационный пояс Земли.
Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в
Кл. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне её.
Из атмосферного электричества наиболее опасным для человека являются разряды молний, которые создают электромагнитные поля (ЭМП) называемые атмосфериками. Частотный диапазон атмосфериков – от сотен Гц до десятков МГц, а их уровень электрической составляющей ЭМП максимален на частоте 10 кГц и может достигать величины несколько десятков кВ/м. Наибольшая интенсивность атмосфериков характерна для континентов тропического пояса и убывает к более высоким широтам. Во время вспышек на Солнце атмосферики усиливаются. Следует также отметить, что поскольку разряды молнии стремятся достигнуть Земли по пути наименьшего сопротивления, то попадают в самую верхнюю точку предметов, имеющих контакт с Землей (деревьев, строений и т.д.). Поэтому заземленный молниеотвод, находящийся выше защищаемых объектов, принимает весь удар на себя, предотвращая, таким образом строения и людей от поражения молнией.
1.3. Искусственные источники ЭМИ.
— источники, генерирующие излучения диапазонов КНЧ, СНЧ и ОНЧ (до 3 кГц). К ним относятся линии электропередач, трансформаторные подстанции, железнодорожный, городской электротранспорт и др.;
Как было сказано выше, уровень ЭМИ, создаваемый искусственными источниками, может быть весьма значительным. Тем более, что перечисленные источники часто находятся в непосредственной близости от человека. Так, для линий электропередач (ЛЭП) напряжением 330 кВ у опоры создается электрическое поле напряженностью в диапазоне 1 – 50 кВ/м и магнитное поле с индукцией 8 – 80 мкТл. Особую обеспокоенность вызывает высокий уровень магнитных полей. Тем более что внешнее магнитное поле в жилых зданиях не заэкранировано, а его индукция (для кабелей электропитания подъезда дома) может достигать значения до 20 мкТл (предельно допустимый уровень, принятый в Швеции равен 0,2 мкТл).
Значительные уровни электромагнитных полей возникают при использовании бытовой аппаратуры. Так на расстоянии 0,2 м уровень МП от электроплиты, электрического утюга, электрочайника, электропроводки достигает 0,2 – 0,6 мкТл. При работе установок диэлектрического нагрева в диапазоне 3 – 100 МГц электрическая составляющая поля может достигать величины 100 В/м. Существенные ЭМП возникают при работе радиопередающих устройств. Так при работе радиопередатчика ДВ диапазона мощностью 100 кВт и более на расстоянии от 100 до 1000м возникает ЭМП с электрической напряженностью 10 – 100 В/м. Следует отметить, что вышеуказанные источники как правило находятся на значительном расстоянии, а возникающие поля воздействуют незначительное время на окружающую среду.
-
. Воздействие ЭМИ на организм человека.
,
где
— среднее удельное сопротивление тканей человека.
где x–глубина проникновения до ослабления в e раз, t – время воздействия. Следует отметить, что поскольку эффективная поверхность тела и коэффициент отражения сильно зависят от частоты, то поглощенная энергия СВЧ поля также будет определяться частотным диапазоном. Наибольшее поглощение наблюдается при длинах волн 10–30 см (до 100 %). Однако, хотя и поглощение энергии при длинах волн 30–100 см несколько меньше (30–40 %), вред может быть нанесен больший, так как воздействию подвергаются в этом случае внутренние органы вследствие более глубокого проникновения излучения в тело человека.
1.5. Нормирование ЭМИ.
1.6. Защитные меры от воздействия ЭМИ.
1) уменьшение выходной мощности источника излучений или работу на эквивалент антенны ;
3) удаление рабочего места от источника излучения или удаление источника от рабочего места;
5) применение индивидуальных средств защиты.
Эффективным средством защиты от СВЧ излучений является применение экранирующих устройств отражающего или поглощающего типа, устанавливаемых на пути излучения. Физическая сущность электромагнитного экранирования с точки зрения теории электромагнитного поля состоит в том, что под воздействием поля в материале экрана наводятся токи, поля которых во внешнем пространстве по величине блики, а по направлению противоположны экранируемому полю. В результате происходит взаимная компенсация полей. Экранирующие устройства выполняются в виде сплошных или сетчатых заземленных экранов, изготовленных из меди, латуни, алюминия и других материалов. Эффективность сплошных экранов можно оценить по формуле
где
— глубина проникновения, м; d – толщина материала экрана, м;
— удельное сопротивление материала экрана
;
— магнитная проницаемость материала экрана, Гн/м; f – частота электромагнитного поля, МГц. Для алюминия
,
для стали
.
, (2)
Степень ослабления СВЧ поля в случае применения экранов определяется соотношением: L= 10 lg (W/ WЭ)(дБ), где WЭ – ППЭ при наличии экрана. Чем меньше размеры ячейки сетки по отношению к длине волны излучения, тем выше эффективность экранирования. Так, например, использование латунной сетки с количеством ячеек 9х9 на 1 кв.см обеспечивает затухание 48 дБ в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЗАЩИТА ОТ НЕГО
Оптические квантовые генераторы–лазеры являются источниками мощного монохроматического излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов. Вследствие своих уникальных свойств они нашли широкое применение в военной технике, металлургии, микроэлектронике, медицине, системах связи, голографии, вычислительной технике, в исследовании по термоядерному синтезу и многих других областях. Лазеры непрерывно совершенствуются. Появляется новые области их применений, возрастает количество лиц, занятых обслуживанием лазерных установок.
накачки 2, являющаяся источником возбуждения атомов рабочего тела, с отражателем 3, система питания и зажигания разряда. Оптический резонатор образован зеркалами r1 и r2. Обычно в них используются многослойные интерференционные диэлектрические отражающие покрытия, в которых показатель преломления меняется от слоя к слою. Рабочее тело выполняют в форме стержня с хорошо обработанными торцевыми поверхностями, имеющими плоскопараллельную или сферическую форму. Источником накачки служат газоразрядные лампы, в частности, дуговые лампы непрерывного действия с криптоновым наполнением, обладающие высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световое излучение, спектральный состав которого соответствует линиям поглощения применяемых активных сред. Выходная мощность связана с размерами кристалла. Например, при активном кристалле диаметром 6 мм и длиной 100 мм в таких лазерах обеспечивается мощность непрерывной генерации до 300 Вт и более. Кроме твердого тела в качестве активных сред используются газы, растворы металлоорганических соединений и полупроводники. В данной лабораторной работе исследуется излучение полупроводникового лазера.
Лазерное излучение является электромагнитным излучением с длиной волны 0,2…1000 мкм. Этот диапазон может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра:
2-й диапазон от 380 до 1400 нм – видимая и ближняя инфракрасная области;
С энергетической точки зрения лазерное излучение характеризуется следующими параметрами:
Лазерное излучение на основании физических представлений, приведенных в предыдущем параграфе, обладает высокой монохроматичностью и когерентностью, а также малой расходимостью луча. Это позволяет получать исключительно высокие уровни концентрации энергии в лазерном луче: плотность энергии до 1012 Дж/см2 и плотность мощности до 1022 Вт /см2.
а) на коллимированное (прямое) излучение – лазерное излучение, заключенное в ограниченном телесном угле;
в) рассеянное излучение – лазерное излучение, рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит излучение;
Лазер может работать как в импульсном режиме, так и в непрерывном. Непрерывным лазерным излучением является излучение, существующее в любой момент времени наблюдения, а импульсным – излучение, существующее в ограниченном интервале времени, меньшим времени наблюдения.
Воздействие лазерного излучения на человека
При воздействии излучения на сложные биологические структуры различают три стадии: физическую, физико-химическую и химическую.
Появление ударной волны обусловлено возникновением градиентов давления внутри облучаемой системы за счет объемного расширения, вызванного кратковременным, локальным нагревом ткани, а также импульсом отдачи при испарении биоткани с поверхности. Тепловое расширение может возникать и во внутренней зоне облучаемой ткани. При высокой интенсивности потока лазерного излучения возникает ударная волна такой силы, что повреждаются внутренние органы. Например, облучение поверхности грудной клетки, брюшной стенки или головы вызывает повреждение печени, кишечника, а также внутримозговые кровоизлияния и контузионные изменения.
На третьей стадии свободные радикалы вступают в реакцию с молекулами веществ, входящих в состав живой ткани, при этом возникают те молекулярные повреждения, которые в дальнейшем определяют общую картину воздействия лазерного излучения на облучаемую ткань и организм в целом.
Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения приводит в основном к поражению роговицы (кератит), поскольку минимальная величина энергии, необходимая для возникновения нежелательных химических реакций в хрусталике, в 2–3 раза выше. Наибольшее воздействие на роговицу наблюдается на длинах волн около 0,288 мкм. Поверхностные ожоги роговицы в ультрафиолетовом диапазоне длин волн устраняются в процессе самозаживления.
Длительное облучение сетчатки в видимом диапазоне на уровнях, не намного меньших порога ожога, может вызывать в ней необратимые изменения. Длительное облучение глаза в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика. Повреждение сетчатки обязательно сопровождается нарушением функции зрения. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреждения не восстанавливаются. Повреждение может представлять собой ослепление от яркости световой вспышки. Оно носит обратимый характер и выражается в возникновении “слепого пятна” в поле зрения. Результатом такого ослепления является полный распад зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки. Плотность излучения на роговице при этом составляет величину порядка 150 Вт/см2. Восстановление зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки иногда затягивается на несколько минут. Воздействие сверхпороговых интенсивностей излучения вызывает необратимые повреждения сетчатки. Возникающее изменение представляет собой небольшое белое пятно из свернувшихся белков с областью кровоизлияния в центре. Спустя несколько дней на месте повреждения возникает рубец из соединительной ткани не способный к зрительному восприятию. При импульсном лазерном излучении повреждение глазного дна связано с термическим и механическим воздействием. Механическое действие излучения проявляется в виде “взрыва” зерен меланина, причем сила “взрыва” такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело. Необходимо учитывать, что степень воздействия излучения уменьшается при увеличении угла между зрительной осью и направлением луча.
Лазерное излучение средней инфракрасной области спектра может повредить роговицу, вплоть до полной потери ею прозрачности (образование бельма). Главный механизм воздействия инфракрасного излучения — тепловой. Степень повреждения роговицы зависит от поглощенной дозы излучения, причем травмируется не сосудистая оболочка, а тонкий эпителиальный слой. Если доза излучения велика, то может произойти полное разрушение защитного эпителия с одновременным помутнением радужной оболочки из-за коагуляции белка и хрусталика, развиться катаракта. Таким образом, лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры глаза.
Эффект воздействия лазерного излучения на кожу определяется, с одной стороны, его параметрами (длина волны, интенсивность излучения, частота следования импульсов и т.д.), а с другой – степенью пигментации кожи, состоянием кровообращения. Установлено, что при прочих равных условиях темнопигментированная кожа значительно больше поглощает лазерных лучей, чем светлая кожа. Однако, следует учесть, что отсутствие достаточно выраженной пигментации создает условия для более глубокого проникновения лучей в кожу и даже пол кожу, вследствие чего поражения могут затрагивать внутренние слои кожи, а также сосуды и нервы. Следовательно, пигмент кожи является своеобразным защитным экраном для внутренних органов. Порог повреждения темнопигментированной кожи значительно ниже, чем у светлой. Поэтому нужно быть осторожным особенно при работе с лазерными установками инфракрасного диапазона. Повреждения кожи, вызванные воздействием лазерного излучения, близки по характеру к термическим ожогам и отличаются от них тем, что поврежденный участок имеет четкую границу, за которой находится область покраснения. Пузыри, возникающие при облучении, находятся в эпидермисе. С увеличением энергии излучения происходит увеличение размеров поврежденных участков. Облучение кожи не сфокусированным излучением с энергией около 100 Дж приводит к утрате чувствительности облученного участка на несколько дней (без видимых повреждений). Под влиянием облучения изменяется активность некоторых ферментов, возникает нарушение в углеводном и липидном (жировом) обмене.
Лазерное излучение дальней инфракрасной области спектра способно проникать через ткани тела и взаимодействовать с биологическими структурами на значительной глубине, поражая внутренние органы. Наибольшую опасность для внутренних органов представляет сфокусированное лазерное излучение. Однако, следует учитывать, что и не сфокусированное излучение может фокусироваться в глубине тела человека. Кроме того, следует учитывать возникновение ударной волны. Степень повреждения в значительной степени определяется интенсивностью потока излучения и цветом окраски органа. Печень является одним из наиболее уязвимых органов. Важной особенностью воздействия лазерного излучения на внутренние органы является чередование поврежденных и неповрежденных слоев ткани, что возможно связано с образованием стоячих волн. В этом случае поврежденные участки биоткани совпадают с пучностями, где плотность потока энергии многократно возрастает по сравнению с плотностью потока падающего излучения.
Классификация лазеров по степени опасности.
По степени опасности лазеры согласно ГОСТ Р 50723-94 и «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91 подразделяются на четыре класса:
2-й класс — выходное излучение (в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм) представляет опасность при облучении глаз коллимированным пучком. Защита глаз обеспечивается естественными реакциями, включая рефлекс мигания;
4-й класс — выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности. Такие лазерные изделия создают опасное рассеянное излучение.
1 от 180 до 380 нм (ультрафиолетовый диапазон);
Ш от 1400 до 105 нм (дальний инфракрасный диапазон).
Таблица 1.
Примечание.
для
;
для
.
мрад для
и
мрад для
.
где S – площадь источника излучения,
— угол между нормалью к поверхности источника и направлением визирования.
Таблица 2
П р и м е ч а н и е. Длительность воздействия меньше 1 с. Ограничивающая апертура 7 10-3м.
Для определения предельно допустимых уровней энергии WПДУ, мощности PПДУ или экспозиции HПДУ, а также облученности EПДУ при воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения (прямого и зеркально отраженного пучка) в диапазоне от 380 до 1400 нм при однократном облучении глаз необходимо воспользоваться данными и соотношениями, приведенными в табл. 2 для WПДУ и табл. 3 для PПДУ.
Соотношения для предельно допустимого уровня мощности излучения
Для определения предельно допустимых значений WПДУ и PПДУ коллимированного или рассеянного лазерного излучения при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия.
Защитные мероприятия при эксплуатации лазерных установок.
Требования к конструкции лазерных изделий.
Лазеры 3-х и 4-го класса опасности должны быть снабжены визуальными и (или) звуковыми устройствами предупреждения о лазерной опасности. Визуальный предупредительный сигнал должен отличаться интенсивностью или прерывистостью и быть хорошо виден через защитные очки. Звуковой предупредительный сигнал должен представлять собой последовательность звуковых импульсов не менее 0,2 с.
Требования к эксплуатации лазерных изделий.
Безопасность на рабочих местах при эксплуатации лазерных изделий должна обеспечиваться соответствующей организацией рабочего места. Основное условие безопасной работы — исключение возможности воздействия на персонал лазерного излучения или чтобы его величина не превышала ДПИ для класса 1. Поэтому между лазерными изделиями 3 — 4 –го классов рекомендуемые расстояния со стороны пультов управления составляют не менее 1,5 м при однорядном расположении и не менее 2 м при двухрядном. Траектория прохождения лазерного луча должна быть заключена в оболочку из несгораемого материала или иметь ограждение, снижающее уровень лазерного излучения при визуальном наблюдении лазерного пучка до ДПИ для класса 1 и исключающие бесконтрольное попадание лазерного пучка на зеркально отражающие поверхности. Оболочка или ограждение траектории лазерного пучка должны иметь предупреждающую надпись (знак лазерной опасности). Защитные экраны должны быть изготовлены из огнестойкого и непроницаемого для лазерного излучения материала.
Лазерные изделия классов 3В и 4 должны эксплуатироваться, как правило, в специально выделенных помещениях либо могут располагаться в открытом пространстве на фундаментах или платформах транспортных средств. Помещения должны соответствовать требованиям пожарной безопасности. Их отделку следует выполнять из несгораемых материалов с матовой поверхностью (коэффициент отражения не более 0,4). Двери помещений должны иметь знак лазерной опасности, а при эксплуатации лазеров классов 3В и 4 должны быть оборудованы специальным замком и иметь надпись “Посторонним вход запрещен”. При использовании лазерных изделий в технологических целях (как средства производства) к помещениям предъявляются дополнительные требования. В этом случае высота помещений должны быть не менее 4,2 м. Коммуникации (вода, электроэнергия и т.д.) следует прокладывать под полом в специальных каналах с защитными коробами. Помещения, в которых при эксплуатации лазерных изделий происходит выделение вредных веществ и аэрозолей, должно быть оборудовано приточно-вытяжной, а в необходимых случаях и местной вытяжной вентиляцией. Естественное и искусственное освещение должно соответствовать действующим нормативным документам. Аналогично и параметры микроклимата и содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны должны удовлетворять установленным нормам.
,
Запрещается осуществлять наблюдение прямого и зеркально отраженного лазерного излучения при эксплуатации лазеров 2 – 4 классов опасности без средств индивидуальной защиты и размещать в зоне лазерного пучка предметы, вызывающие его зеркальное отражение.
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
Излучения, взаимодействия которых со средой приводят к образованию ионов разных знаков, называются ионизирующими. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение общепринято не включать в понятие ионизирующее излучение. При этом различают корпускулярное и фотонное излучения. Корпускулярное излучение представляет собой поток элементарных частиц: a — и b — частицы, нейтроны, электроны, мезоны и др. Элементарные частицы возникают при радиоактивном распаде, ядерных превращениях или генерируются на ускорителях. Заряженные частицы (протоны, электроны, a — и b — частицы) в зависимости от величины кинетической энергии могут вызывать непосредственное ионизирующее излучение при столкновении с веществом. Нейтроны и другие нейтральные элементарные частицы при взаимодействии с веществом непосредственно ионизации не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны и т.д.), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую они проходят. Такие излучения принято называть косвенными ионизирующими излучениями.
Источником излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать излучение. К числу таких объектов относятся: радионуклиды, ядерные устройства (ускорители, атомные реакторы), рентгеновские трубки.
Биологическое воздействие излучений.
Ионизирующие излучения оказывают на биологическую ткань прямое и непрямое воздействие. Прямое — разрыв внутриатомных и внутримолекулярных связей, возбуждение и отрыв свободных радикалов. Наиболее важное значение имеет радиолиз воды, в результате этого образуются высокореактивные радикалы, которые и вызывают вторичные реакции окисления по любым связям, вплоть дo изменения химического строения ДНК (дезоксирибонулиновая кислота) с последующими генными и хромосомными мутациями. В этих явлениях и заключается опосредованное (непрямое) действие излучения.
Единицы доз.
Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу: D = dE / dm
веществу, находящемуся в элементарном объеме,
Доза эквивалентная (НT, R) – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. WR :
где WR — взвешивающий коэффициент для излучения R,
При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения.
фотоны любых энергий, электроны …………………………1
от 10 кэВ до 100 кэВ……………….10
Доза эффективная (Е) – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты:
где WT — взвешивающий коэффициент для органа или ткани, который характеризует относительный риск на единицу дозы по выходу отдаленных последствий при облучении данного органа по отношению к облучению всего тела. При облучении организма в целом WT =1, а при облучении отдельных органов WTсоставляет: гонады — 0,2; желудок – 0,12; печень – 0,05; кожа – 0,01 и т.д.
На практике в качестве характеристики ионизирующего излучения широко используется единица рентген (Р), которая является внесистемной единицей экспозиционной дозы.
X=dQ/dm
Единицы измерения доз в системе СИ и внесистемные единицы измерения приведены в таблице 1.
Для характеристики изменения дозы во времени вводится понятие мощности дозы. Мощность экспозиционной, поглощенной и эквивалентной доз соответственно определяются:
Характеристикой активности радионуклида (самопроизвольного распада) является отношение числа спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике за единицу времени. Единицей радиоактивности является беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике, в котором за время 1с происходит одно спонтанное ядерное превращение. Внесистемная единица активности — кюри (Ки). 1 Ки = 3,700 ∙ 1010 Бк.
Основным документом, регламентирующим допустимые уровни воздействия излучений на организм чeловека, в нашей стране являются «Нормы радиационной безопасности» (НРБ — 99). С целью снижения необоснованного облучения нормирование осуществляется дифференцированно для различных категорий облучаемых лиц, в зависимости от условий контакта с источниками излучений и места проживания. Нормы устанавливают следующие категории облучаемых лиц:
— все население, включая лиц из персонала вне сферы и условий их производственной деятельности.
Для каждой категории облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов: основные дозовые пределы , допустимые уровни и контрольные уровни. Основные дозовые пределы приведены в таблице 2.
Предел дозы (ПД) — прeдельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения. ПД устанавливают меньшим, чем ПДД в 10 раз для предотвращения необоснованного облучения этого контингента людей. Значения ПДД и ПД в зависимости от группы критических оpганов приведены ниже в таблице 2.
Таблица 2.
* Примечание: дозы облучения для персонала группы Б не должны превышать ¼ значений для персонала группы А.
Биологическая защита должна обеспечивaть уменьшение дозы облучения персонала до предельно допустимых уровней. При радиационной защите должна быть обеспечeна степeнь радиационных повреждений различных объектов, подвергающихся облучeнию, до допустимых уровней. Тепловая защита обеспечивaет снижeние радиационного энерговыделения в защитных композициях до допустимых уровней.
Основными свойствами излучений, определяющими условия безопасности обращения с ними, являются ионизирующая и проникающая способность. Ионизирующая способность излучения отражена в знaчении взвешивающего коэффициента (WR), а проникающая — характеризуется величиной линейного коэффициента поглощения.
j(х)=j(0) ∙ ехр(-m ∙ х), (6)
m — линейный коэффициент ослабления излучения в веществе.
n – nф = (no – nф) ехр(-µ∙ х), (7)
толщиной х, имп/с ,
источника излучения, т.е. фона, имп/с,
Из формулы (7) выводим выражение для расчета линейного коэффициента ослабления:
Значение линейного коэффициента ослабления может быть также определено из графической зависимости: ln (no– nф) = f (х), представленной по результатам измерений ослабления излучения за различными толщинами для одного материала. В этом случае эта зависимость будет иметь вид прямой с наклоном определяемым значением линейного коэффициента ослабления, т.е. m = tq а
Поглощение корпускулярных ионизирующих излучений происходит значительно интенсивнее фотонных. Это можно объяснить либо наличием у частиц, ионизирующих вещество, электрического заряда, либо при его отсутствии наличием значительной массы иoнизирующих частиц (нейтронов). Поглощение корпускулярных излучений удобно харaктеризовать величиной пробега частиц в веществе.
В таблице 4 представлены харaктерные значения пробегов частиц в воздухе для a -, b — и протонного излучений.
Геометрическое ослабление излучений.
j(R) =S ∙ ехр(-m∙ х) / 4пR2 ,
R — расстояние от источника.
Для точечного изотропного источника опрeделяющую роль в ослаблении плотности излучения в воздухе играет геометрическое расхождeние. Ослабление за счет поглощения в воздухе, например, для источника с энергией, равной 1 МэВ на расстоянии 3м, составляет 0,2%.
Применяемые в области радиационного контроля приборы по своему назнaчению подразделяются на дозиметры, рaдиометры и спектрометры. Дозиметры служат для измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения или ее мощности. Радиометры служат для измерения плотнoсти потока излучений и активности радиoнуклидов. Спектрoметры служат для измерения распределения излучений по энергии частиц или фотонов.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
“ПРОМЫШЛЕННАЯ САНИТАРИЯ”
“Освещенность, микроклимат, воздушная среда на рабочем месте, защита от вибраций и шумов”.
-
Освещенность на рабочем месте.
Важнейшим источником информации, поступающей в мозг человека из внешней среды, является зрение. Качество информации, получаемое посредством зрения, во многом зависит от освещения. Освещение, удовлетворяющее гигиеническим и экологическим требованиям, называется рациональным. Рациональное освещениепроизводственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих. Способствует повышению производительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокой работоспособности человека в процессе труда.
При недостаточнойосвещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций находится на низком исходном уровне, повышается утомление зрения в процессе выполнения работы, возрастает опасность травм. С другой стороны, существует опасность отрицательного влияния на органы зрения слишком большой яркости(блескости) источников света. Следствием этого может явиться временное нарушение зрительных функций глаза (явление слепимости). Кроме того, следует учитывать, что основная обработка изображения происходит в мозгу. Поэтому при нерациональной освещенности зрительный аппарат, центральная нервная система и мозг функционируют в перенапряженном режиме, что сказывается на самочувствии человека.
Свет (видимое излучение) – представляет собой излучение, которое, воздействуя на рецепторы сетчатки (палочки и колбочки), вызывает зрительное ощущение.
Свет характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость и некоторые другие.
Сила света I– пространственная плотность светового потока в заданном направлении. Она равна отношению светового потока к величине телесного угла (стерадиана), в котором он излучается. Единицей силы света является кандела (кд)
Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока.
Яркость L– поверхностная плотность силы света в данном направлении,определяется силой света, излучаемой с единицы площади поверхности в заданном направлении, или другимисловами – отношение силы света в данном направлении к площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению.
Фон – это поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается.
Фон считается светлым, если коэффициент отражения
, средним при
и темным при
.
,
Коэффициент пульсаций освещенности определяется соотношением
, где
— максимальная, минимальная и средняя освещенности за период колебания напряжения питания.
Виды и системы освещения
Естественное освещение обусловлено прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняется в зависимости от географической широты, времени суток, времени года, степени облачности, прозрачности атмосферы. Основной характеристикой естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности (КЕО), определяемый соотношением:
где
— освещенность в данной точке помещения;
— освещенность на горизонтальной поверхности под открытым небосводом.
Совмещенное освещение представляет собой дополнение естественного освещения искусственным в светлое время суток при недостаточном по нормам естественном освещении.
При местном освещении световой поток от светильников концентрируется непосредственно на рабочих местах. При дополнении общего освещения местным оно называется комбинированным освещением.
Как правило, на рабочих местах должно использоваться естественное и искусственное освещение. Одно местное освещение в производственных условиях не применяется, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет глаз, замедляет процесс работы и может послужить причиной несчастных случаев и аварий. Минимальная величина освещенности, создаваемая общим освещением в системе комбинированного освещения, должна быть не менее 10% от нормированной величины.
Электрические лампы — источники оптического излучения, создаваемого в результате преобразования электрической энергии. Электрические лампы подразделяются на лампы накаливания (ЛН), в которых свет создается телом накала, раскаленным в результате прохождения по нему электрического тока, и разрядные лампы (РЛ), в которых свет создается в результате электрического разряда в газе, парах металлов или в газовой среде, содержащей пары металлов.
РЛ имеют более высокую световую отдачу (более 100 лм/Вт) и в 5 ÷ 10 раз больше срок службы (до 15000 ч) по сравнению с ЛН, а также более широкий диапазон мощностей при весьма разнообразных спектрах излучения. Соответствующий подбор среды и условий разряда позволяет создавать высокоэффективные источники излучений во всех областях оптического диапазона. Все указанное обусловило широкое применение РЛ не только для освещения, но и для многочисленных специальных целей. Например, для дальнометрии, аэрофотосъемки, накачки лазеров, в облучающих установках, а также для изучения перемещающихся объектов и быстропротекающих процессов.
Значительную опасность при использовании газоразрядных ламп представляет так называемый стробоскопический эффект – явление искажения зрительного восприятия вращающихся объектов в мелькающем свете, возникающее при совпадении кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени. По экономическим и светотехническим характеристикам преимущество следует отдавать РЛ.
Осветительные приборы за счет наличия арматуры испускают в окружающую среду меньшую величину светового потока Фс, чем сам источник света Фл. Отношение этих величин определяет коэффициент полезного действия светильника
Кисп=Фрасч/Фл (7)
Нормирование производственного освещения
Для естественного освещения регламентирован коэффициент естественной освещенности (КЕО) %; для искусственного – наименьшая освещенность на рабочих поверхностях в производственных помещениях, лк.
По СНиП определяются нормы освещенности для отдельных разрядов работ при соответствующей системе освещения, а также КЕО, что необходимо для проектирования зданий и сооружений.